Abstract:In this page, the construction of the siemens 840D digital control system both in software and hardware, and application is described through practical example蝉嘲。

Key words: 840D  digital control system  profibus   hardware  software

0 引言

在制造業(yè)現(xiàn)代化的今天斥扛，生產(chǎn)的高效率和產(chǎn)品的高質(zhì)量要求使得一些高精度數(shù)控機(jī)床和高性能數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，同時也使許多普通機(jī)床和傳統(tǒng)工藝難以解決的問題變得相對簡單了一些竭沫，使生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量也有很大程度的保證。我公司的玻璃數(shù)控鉆孔機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)采用了西門子公司的SINUMERIK 840D系統(tǒng)，在使用過程中高精度的產(chǎn)品質(zhì)量和極低的故障率（主要取決于清晰的可視化報警信息坑哥，使得故障能夠迅速排除）贏得了客戶對此系統(tǒng)的信任。下面對SINUMERIK 840D系統(tǒng)和驅(qū)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)—機(jī)械結(jié)構(gòu)介紹如下：

1 設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成：

此設(shè)備用于玻璃的鉆孔加工萎括，如圖1所示弦途，整個機(jī)加上有兩根平行的橫梁，兩對鉆軸分別安裝在由4個位置電機(jī)帶動可左右移動的固定板上巡蛋，每塊固定板分別由固定在橫梁上下的兩個直線導(dǎo)軌滑塊與固定板連接在一起抡广，鉆軸的左右移動由固定在固定板上的位置電機(jī)M1,M2,M3,M4通過齒輪齒條帶動鉆軸沿Y方向左右移動。每個鉆軸的內(nèi)部由兩個電機(jī)組成,靠近鉆頭的電機(jī)(M7,M9,M11,M13)帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)嚣赤。鉆軸的另外一個電機(jī)（M6,M8,M10,M12）通過電機(jī)內(nèi)部的絲杠螺母副將電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為軸向升降運(yùn)動公掰，帶動鉆頭作上下進(jìn)給運(yùn)動簸翠，即Z向運(yùn)動。玻璃定位時首先由X方向定位裝置（此裝置在圖中未畫出虏丹，其方向為垂直于紙面的方向桶求，裝置的運(yùn)動由X方向位置電機(jī)M5驅(qū)動）將玻璃推至準(zhǔn)確位置，各鉆軸沿Y方向移動至正確位置色查，下鉆頭上升薯演，開始鉆玻璃的下平面，鉆至設(shè)定的深度秧了，下鉆頭退回跨扮，然后上鉆頭下降鉆玻璃的上平面，鉆至設(shè)定的深度后退回验毡。此設(shè)備可同時對兩個孔進(jìn)行加工衡创。

圖1  機(jī)械結(jié)構(gòu)組成圖

2  SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)

2.1 硬件部分：

SINUMERIK 840D采用特殊的三CPU結(jié)構(gòu)：人機(jī)通信CPU、數(shù)字控制CPU（NC-CPU）和可編程邏輯控制器CPU（PLC-CPU）晶通。如圖2所示MMC-CPU在OP012人機(jī)界面內(nèi)璃氢，NC-CPU和PLC-CPU集成在NCU572內(nèi)。

圖2   840D數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成

2.1.1  NCU數(shù)字控制部件

以NCU572為核心狮辽，電源模塊采用SIMODRIVER 611D一也，電源模塊主要為NCU和給611D數(shù)字驅(qū)動提供控制和動力電源，產(chǎn)生母線電壓喉脖，同時監(jiān)測電源和模塊的狀態(tài)椰苟。后面有三個進(jìn)給模塊通過驅(qū)動總線接口與NCU572掛接，數(shù)控和驅(qū)動的接口信號為數(shù)字量搂拴，分別驅(qū)動兩對鉆頭的Y方向位置電機(jī)（M1,M2,M3,M4）和X方向位置電機(jī)M5跷塘。同時NCU572又通過PROFIBUS現(xiàn)場總線與OP012人機(jī)界面、S7-300PLC及控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的變頻器連接在一起锤勉。

2.1.2 MMC人機(jī)通訊
　　人機(jī)通訊是數(shù)控系統(tǒng)和人進(jìn)行信息交流的通道跋共。包括: OP(Operation Panel)和MMC。

2.1.2.1  OP012 操作面板
　　OP(Operation Panel)單元由一個12.1″TFT顯示屏和一個NC鍵盤組成赵街。人機(jī)界面OP012采用Windows 95作為操作平臺絮很，使操作簡單、靈活谓牢，易掌握奇忆。生產(chǎn)過程中的各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)的變更和各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)的監(jiān)控桌蟋，在OP012上清晰可見巩烤，其軟件內(nèi)容豐富功能強(qiáng)大。

2.1.2.2  MMC計算機(jī)
　　MMC實(shí)際上是一臺計算機(jī)篮踏。它有自己獨(dú)立的CPU铡喊，還可以帶硬盤喝撒，帶軟驅(qū)。OP單元正是這臺計算機(jī)上的顯示器诅岩，而西門子MMC的控制軟件也在這臺計算機(jī)中讳苦。

2.1.3  PLC模塊
　　SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)的PLC部分使用的是西門子SIMATIC S7-300的軟件及模塊。其電源由西門子SITOP電源（40A）提供吩谦，接口模塊IM361是用于級之間的互連鸳谜。它通過PROFIBUS現(xiàn)場總線與NCU572連接。在IM361右側(cè)為信號模塊式廷，信號模塊是用于PLC輸入/輸出的模塊咐扭，有輸入型和輸出型兩種。即輸入模塊SM321和輸出模塊SM322滑废。PLC的CPU與NC的CPU是集成在NCU中的蝗肪。設(shè)備上的各種光電開關(guān)、行程開關(guān)的輸入和電磁閥蠕趁、接觸器的輸出信號分別與輸入和輸出模塊相連薛闪，控制各種外部執(zhí)行元件的協(xié)調(diào)動作。

2.1.4  各部分相互連接
　　NCU數(shù)控單元是CNC控制部件的核心俺陋，它與MMC豁延、伺服電源模塊、進(jìn)給伺服驅(qū)動裝置和伺服電機(jī)連接降再。本系統(tǒng)采用全閉環(huán)控制简揍，伺服電機(jī)采用1FK型內(nèi)置編碼器電機(jī)，通過伺服電機(jī)編碼器作為位置檢測元件泞征，將位置信號反饋至數(shù)字驅(qū)動模塊（611D）的位置接口X411碑裤，構(gòu)成全閉環(huán)控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了對玻璃鉆孔孔位的精確定位控制无俏。在鉆孔時為確保上下鉆頭的同心度（即上下鉆頭中心重合）电动，在四個位置電機(jī)移動的Y方向上設(shè)置了四個行程開關(guān)，作為四個鉆軸的參考點(diǎn)位置猿饿。在打開機(jī)器電源后褂洽，需要對各鉆軸進(jìn)行參考點(diǎn)復(fù)位動作，即給各鉆軸的編碼器賦值（剛打開電源時各編碼器的值均為零耀骆。在進(jìn)行參考點(diǎn)復(fù)位時痛祈，鉆軸運(yùn)行到行程開關(guān)的位置時，編碼器的值變成系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的參考點(diǎn)的值）卢掖。當(dāng)上下鉆頭出現(xiàn)位置偏差時暴撼，在系統(tǒng)的軟件內(nèi)還設(shè)置了誤差補(bǔ)償量，通過調(diào)整補(bǔ)償量可以很方便的將偏差糾正過來。

2.1.5  其他硬件部分
　　如前所述诉儒，每一個鉆軸內(nèi)部由兩個電機(jī)組成葡缰，即鉆頭的旋轉(zhuǎn)和軸向進(jìn)給。4臺軸向進(jìn)給的電機(jī)由4臺SIEMENS  MASTERDRIVE  MC變頻器分別控制（每個鉆軸一個）忱反，變頻器的控制信號來自NCU572泛释，通過PROFIBUS現(xiàn)場總線傳遞。4個鉆軸的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的速度由一臺SIEMENS  MM440變頻器控制温算，各電機(jī)旋轉(zhuǎn)的啟動停止分別由各自的接觸器（在變頻器和電機(jī)之間）單獨(dú)控制怜校。變頻器的控制信號也是來自NCU572，通過PROFIBUS現(xiàn)場總線傳遞注竿。鉆頭的進(jìn)給速度和旋轉(zhuǎn)速度均可根據(jù)玻璃厚度和工藝條件在MMC內(nèi)選擇韭畸。在進(jìn)給電機(jī)尾部有內(nèi)置編碼器來測量鉆頭進(jìn)給深度。內(nèi)部有原點(diǎn)光電開關(guān)作為鉆頭的原點(diǎn)（參考點(diǎn)）位置蔓搞。

2.1.6  數(shù)控系統(tǒng)與PC的連接
　　因PLC-CPU和NC-CPU集成在NCU572內(nèi)胰丁，在進(jìn)行PLC和NC程序調(diào)試時，可將PC與NCU572連接喂分，即可對程序進(jìn)行修改和調(diào)試熔又。

2.2  軟件部分：
　　SINUMERIK 840D軟件系統(tǒng)包括4大類軟件：MMC軟件系統(tǒng)、NC軟件系統(tǒng)吱裙、PLC軟件系統(tǒng)和通信及驅(qū)動接口軟件非宝。

2.2.1 MMC軟件系統(tǒng)
　　在MMC103系統(tǒng)上帶有10GB的硬盤，內(nèi)裝有基本輸入臭颈、輸出系統(tǒng)（BIOS）券转，DR-DOS內(nèi)核操作系統(tǒng)、Windows95操作系統(tǒng)伺狮，以及串口樊悬、并口、鼠標(biāo)和鍵盤接口等驅(qū)動程序莱妥，支撐SINUMERIK與外界MMC-CPU谋哼、PLC-CPU、NC-CPU之間的相互通信及任務(wù)協(xié)調(diào)叔三。

2.2.2 NC軟件系統(tǒng)
　　NC軟件系統(tǒng)包括下列內(nèi)容：

2.2.2.1  NCK數(shù)控核初始引導(dǎo)軟件
　　該軟件固化在EPROM中缩铸。

2.2.2.2  NCK數(shù)控核數(shù)字控制軟件系統(tǒng)
　　它包括機(jī)器數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)的循環(huán)子系統(tǒng)，用戶必須理解每個循環(huán)程的參數(shù)含義才能進(jìn)行調(diào)用硝拧。

2.2.2.3  SINUMERIK 611D驅(qū)動數(shù)據(jù)
　　它是指SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)所配套使用的SIMODRIVE 611D數(shù)字式驅(qū)動系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)径筏。 

2.2.3  PLC軟件系統(tǒng)
　　PLC軟件系統(tǒng)包括PLC系統(tǒng)支持軟件和PLC程序。

2.2.3.1 PLC系統(tǒng)支持軟件
　　它支持SINUMERIK 840D數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝的CPU315-2DP型可編程邏輯控制器的正常工作障陶，該程序固化在NCU內(nèi)滋恬。

2.2.3.2 PLC程序
　　它包含基本PLC程序和用戶PLC程序兩部分聊训。

2.2.4  通信及驅(qū)動接口軟件
　　它主要用于協(xié)調(diào)PLC-CPU、NC-CPU和MMC-CPU三者之間的通信夷恍。

3  結(jié)束語

SINUMERIK 840D，它在復(fù)雜的系統(tǒng)平臺上媳维，通過系統(tǒng)設(shè)定而適于各種控制技術(shù)酿雪。840D與SINUMERIK_611數(shù)字驅(qū)動系統(tǒng)和SIMATIC S7可編程控制器一起，構(gòu)成全數(shù)字控制系統(tǒng)侄刽，它不僅僅應(yīng)用在鉆孔機(jī)上指黎，而是應(yīng)用于機(jī)械加工設(shè)備及各行各業(yè)的設(shè)備控制系統(tǒng)中，西門子840D數(shù)控系統(tǒng)是當(dāng)今世界較為先進(jìn)控制系統(tǒng)州丹，其體積小醋安，，功能強(qiáng)墓毒，程序設(shè)計簡單侠森，維護(hù)方便，價格低廉等特點(diǎn)笨墙，倍受用戶的青睞磺勋。其全數(shù)字化的系統(tǒng)、革新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)刷粒、更高的控制品質(zhì)秉疚、更高的系統(tǒng)分辨率以及更短的采樣時間，確保了一流的工件質(zhì)量宵穆。同時也使它在各行各業(yè)的數(shù)控設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用椅勿。

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